V. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of National Academy of Sciences of Ukraine

Search

Details
Hits: 22029

Department of functional transducers for sensory technology

KuklaOL1959 
Head of Department
Kukla  O. L.
Doctor of Sci. (Phys. & Math.)
Senior researcher
Phone: 525-23-32, in.: 7-32
Of. 426, Build.5
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Staff

-1 
Matzas E.P.
Senior researcher
Cand. Sci. (Phys. & Math.)
Phone: 525-5478, in.: 7-45
Of. 437, Builg.5
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 Matvienko
Matvienko L.M.
Junior researcher
Phone in.: 6-04
Of. 112, Builg. SCTB
 Chegel-1
Chegel V.I.
Senior researcher
Doctor of Sci. (Phys. & Math.)
Phone: 525-56-26, in.: 3-09
Of. 423, Builg.5
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 Lopatynskyi
Lopatynskyi А.М.
Researcher
Cand. Sci. (Phys. & Math.)
Phone: 525-59-55, in.: 2-17
Of. 421, Builg.5
E-mail:  This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 Kapshuchenko
Kapshuchenko N.M.
Leading Engineer
Phone: 525-23-32, in.: 7-38
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 photo-pavluchenko
Pavluchenko O.S.
Researcher
Phone: 525-56-26, in.: 3-09
Of. 423, Builg.5
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 photo-mamykin
Mamykin A.V.
Junior researcher
Phone: 525-23-32, in.: 7-32
Of. 426, Builg.5
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 Fedchenko
Fedchenko O.M.
Researcher
Phone: 525-59-55, in.: 5-12
Of. 124, Builg.5
 Surovtseva
Surovtseva E.R. 
Researcher
Phone: 525-59-55, in.: 5-12
Of. 124, Builg.5
 Vahula
Vahula O.A.
Junior researcher
Phone: 525-59-55, in.: 5-12
Of. 1124, Builg.5
E-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 Lytvyn1
Lytvyn V.K.
Junior researcher
Phone: 525-56-26, in.: 3-09
Of.423, Build.5
E-mail:  This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
 
 Gapych1
Gapych V.P.
Leading Engineer
Phone: 525-59-55, in.: 2-17
Of.421, Build.5
 Igor Mogylnyy
Mogylnyi I.V.
Graduate student
Phone: 525- 59-55, in.: 2-17
Of.421, Build.5

Researchs

The main directions of scientific and technical activities:

Research and development in the field of optoelectronic, micro and nanoelectronic sensors, intended for the detection of chemical and biological substances in water/gas environments, development of physical and technological principles of molecular and adsorption electronics and plasmonics.

a) Investigation of molecular-ionic adsorption effects in nanostructured composite electro-polymeric, biopolymeric, calixarene and metal-organic materials and establishment of physico-chemical mechanisms of influence of the studied gas/liquid environment on optical, electrophysical and gravimetric processes in sensitive layers of sensor elements, creation of models of gas, ion and molecular sensitivity of the corresponding sensors;

b) Development and creation of prototypes of bio- and chemically sensitive sensor elements and multichannel arrays on the basis of optical, potentiometric, acoustic, resistive and impedance signal transducers;

c) Development of original algorithms and methods of statistical analysis for mathematical processing of multidimensional data responses from sensor arrays using the technology of recognition of chemical images for their using in systems such as electronic "nose" and "tongue";

d) Creation of experimental and working samples of analytical sensor devices for medical-ecological and industrial-technological needs.

 

Achievements

The most significant scientific and scientific and technical results:

Встановлено основні типи фізичних взаємодій між молекулами газових аналітів та макромолекулами електропровідних полімерів та запропоновані моделі модуляції електропровідності в системі “аналіт – допант – електрополімер” під впливом аналіту, що засновані на концепції переносу часткового заряду між полімером та адсорбованими молекулами аналіту.

Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено експресний метод відбору окремих типів сенсорів до оптимізованого хемосенсорного масиву.

Розроблено метод кількісного аналізу багатокомпонентної газової суміші за допомогою масиву хеморезистивних сенсорів з перехресною чутливістю.

Встановлено фізичний механізм газочутливості острівцевих золотих плівок з перколяційним характером електропровідності.

Запропоновано механізм виникнення нестабільності електричних параметрів іон-селективних польових транзисторів при роботі в рідинах.

Розроблено ряд фізико-хімічних моделей для відтворення відгуків ферментних сенсорів на багатокомпонентні суміші токсичних речовин (іонів важких металів та органічних пестицидів) у різних концентраціях та запропоновано алгоритми вирішення зворотної задачі (кількісного визначення складу сумішей по значеннях відгуків сенсорного масиву).

Теоретично розраховано та експериментально підтверджено можливість визначення кількісного складу 2- та 3-компонентних електропровідних та діелектричних гетерогенних рідких сумішей шляхом вимірювання частотних залежностей складових імпедансу розчинів в широкому діапазоні частот.

Запропоновано спосіб побудови багатоелементної оптоелектронної системи газового аналізу на основі одного фотоприймального пристрою з цифровою реєстрацією R,G,B-компонент світла та масиву інтерференційно забарвлених органічних шарів.

Запропоновано адсорбційно-дифузійну модель взаємодії газів з тонкими органічними плівками каліксаренів різних типів.

Методами плазмонного резонансу та електрохімічної імпедансної спектроскопії встановлено закономірності адсорбції біомолекул на тіолізованих шарах золота, зокрема, продемонстровано залежність адсорбції від прикладеного електричного потенціалу.

Розроблено теоретичне підґрунтя для опису явища підсилення флуоресцентного сигналу за допомогою високопровідних металевих наноструктур на діелектричній підкладці.

Розроблено методику молекулярного імпринтингу з підсиленням сигналу в сенсорах на поверхневому плазмоному резонансі шляхом створення об’ємних плазмонних наноантен з інтегрованих наночастинок золота.

Розроблено нову технологію створення полімерних матричних структур бажаної конформації для афінних біосенсорів, що базується на процесі фотополімеризації в зоні розсіяння світла, індукованого поверхневими плазмонами.

Розроблені композитні полімерні системи з включеннями наночасток з реверсивними оптоелектронними та фізико-хімічними властивостями.

За допомогою отриманої фундаментальної бази створено низку новітніх сенсорних аналітичних пристроїв експресної дії для визначення хімічних речовин в газових та рідких середовищах: електронний “ніс” на електропровідних полімерах, біоелектронний “язик” на масиві ферментних сенсорів, оптоелектронні “НаноПлазмон”, Флюориметр на масивах золотих наноструктур та колориметричний газоаналізатор.

Developments

The most significant scientific and technical developments:

- A series of multi-biosensor devices MES-2, MES-3, MES-5 based on the arrays of pH-sensitive field transistors for enzymatic direct or inhibitory analysis of chemical (including toxic) substances in aqueous media, food, beverages, etc. as well as the main metabolites of blood (glucose, urea, creatinine) in physiological solutions;

- Microelectronic solid-state potentiometric pH-sensitive electrodes of a unified type based on integral silicon crystals with a differential pair of pH-sensitive field transistors. Electrodes are intended for biosensor devices of MES row and other sensory applications;

- Portable impedance analyzer IM-1 solutions for the identification of high-conductive water-alcohol solutions (brands of vodka drinks) by the technology of chemical images recognition and specialized version of the IM-2 analyzer for the quantitative analysis of low-conductive and dielectric multicomponent organic solutions, incl. gasoline, oil, oils;

- Optoelectronic biosensors "NanoPlazon-03" and "FluoroTestNano" on the effect of localized plasmon resonance in metallic nanostructures that allowed the monitoring of processes in nanosized systems that lead to local changes in the refractive index of the medium and are suitable for the study of bimolecular interactions;

- Optoelectronic colorimetric gas analyzers KD-1, KD-2 of universal type for the detection of gases and organic gas mixtures by interference color change of thin organic layers, and a specialized optoelectronic unit to the detector of volatile gases KD-3 (ammonia, amyl, heptyl) on the basis of chemical color indicators for determination of the depressurization places of industrial equipment filled with ammonia;

- Commercial optoelectronic analyzer - viscometer "AMV-3" for the control of the quality of whole milk with the function of determining the quantitative content of somatic cells in milk;

- Microelectronic chemoresistive sensors of a unified type based on differential raster systems of metal electrodes with dimensions of a raster element from 10 to 500 μm for liquid conductometry and impedancemetry;

- Methods of quantitative analysis of multicomponent gas and liquid mixtures using arrays of cross-selectivity sensors using regression analysis methods;

- The method of quantitative analysis of two- and three-component water-organic mixtures with an error in determining the volume content of the components is not worse than 0.5-1%.

- Method of identification of water-alcohol drinks (types of vodka products).

Equipment and developments:

Multichannel biochemical analyzer "ISPT-2"

 2

Portable Biochemical Analyzer "ISPT-3"

 3

Optoelectronic units for ammonia flow detectors

 4

Analyzers of water-alcohol solutions IM-1

 5

LSPR spectrometr "NanoPlasmon 003"

 6

Analyzer of milk quality ASK-1

5.5

Modified portable biochemical analyzer MES 5.5

1-03

Analyzer of milk quality AMV-1-03

1

Differential electrodes based on pH-sensitive field transistors

2

Portable impedance meter of high-strength organic solutions IM-2

3-1

Specialized colorimetric gas analyzer KD-3

Portable colorimetric ammonia analyzer

Equipments

The department has the following measuring equipment: two-channel UV-VIS spectrophotometer UNICO-432, optical 400-magnitude microscope UNICO-5 with MICROmed XS-3330 photocamera, interference microscope MII-4, digital oscilloscope Agilent Techn. 150 MHz DSO 3152A, special signals generator MATRIX MFG-2110F, power supply 3-channel MATRIX MPS-3003L, impedance meter LCR-821 Gw Instek, multimeter Fluke-287, pH meter Cyberscan pH-110, US-sink UZM-002, muffle furnace SNOL 13/1100, centrifuge Microspin 12 Compact, vacuum dispenser installation VUP-5, other analog oscilloscopes, generators, power supplies.

Projects

  • INCO-COPERNICUS project No. IC15-CT96-0818: “Development and design of new types of chemical sensors and sensor arrays for medicine, biology and ecology”, 1997-1999.
  • Project М/358-2003 «Nanoelectronic sensory elements for use in chemical recognition systems» with the Institute of Technical Physics of Kassel University, Germany, 2003-2004.
  • Project “Development of new functional multicomponent thin polymeric layers for sensory systems of chemical recognition" with Gomel State University F. Scoriny, Gomel, Belarus, 2004-2005.
  • Project “Self-assembly nanostructures" from the laboratory of physical chemistry of supramolecular systems of the Institute of Physical Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Moscow, 2005-2006.
  • Project “Development of a multifunctional polymer matrix structure for use in affine biosensors and liquid chromatography" with the Technical University of Istanbul, Turkey, 2005-2008.
  • Project of State Fund for Fundamental Researches Ф25/149/1 "Investigation of spectral, structural electroadsorption, optical and gas-sensitive characteristics of nanosized films of conductive polymers and organic semiconductors for chemical recognition systems", 2007-2008.
  • STCU project #3880 “Development of enzyme multisensor arrays for ecological monitoring of toxic substances”, 2006-2007.
  • STCU project #3643, “Development of chemosensory materials and equipment for the determination of pollutants and toxic agents in the environment”, 2007-2009.
  • STCU project #4591 “Development of an enzyme multisensor array for environmental monitoring of toxins”, 2009-2012.
  • NATO project CBP.NUKR.CLG № 984221 “Development of biosensors for botulinum neurotoxin determination with applicability to screening foods against biological terrorist attacks”, 2010-2012.
  • STCU project #6044 "Development of "smart nanocarriers" based on photothermal plasmonic enhancement for targeted drug delivery in human body", 2015-2016

Publications

2019